WO2014114867A2 - Procede de determination de la position d'un dispositif de coupe dans le sol a l'aide d'un chariot mobile - Google Patents

Procede de determination de la position d'un dispositif de coupe dans le sol a l'aide d'un chariot mobile Download PDF

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WO2014114867A2
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cable
frame
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Bertrand Steff De Verninac
Daniel Perpezat
Jean-Pierre Hamelin
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Soletanche Freyssinet
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    • E02F5/145—Component parts for trench excavators, e.g. indicating devices travelling gear chassis, supports, skids control and indicating devices
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02—Determining slope or direction
    • E21B47/024—Determining slope or direction of devices in the borehole

Definitions

  • the present invention relates to the field of drilling and excavating screens in the ground.
  • the invention relates to an excavating machine comprising:
  • a suspended frame having an upper end and a lower end
  • At least one cable extending above the frame, said cable being under tension and having a lower end fixed to the upper end of the frame;
  • Such an excavating machine is in particular, but not exclusively, a driller with rotating drums, also called hydrofraise.
  • FR 2 211 027 describes such a machine.
  • the frame continues a descent movement as its rotating drums dig the trench.
  • such an excavating machine is a bucket grab bucket, whose actuating mechanism is mechanical or hydraulic.
  • the trench can have a great depth that can reach 100 meters or more.
  • this trench has a high accuracy as to its verticality, especially since the final work results from a juxtaposition of panels, for example molded walls or any other type of screens.
  • EP 0 841 465 proposes a system for controlling the verticality of a drilling machine in which two cables of small section are attached to the upper end of the machine. These cables are kept under constant tension and pass through two fixed reference points arranged at the upper end of the trench. Thanks to the continuous measurement of the length of the cables, and the angles of inclination of the ends of the cables fixed on the machine, the coordinates of the two cable fixing points are calculated.
  • An object of the invention is to provide an excavation machine provided with a chassis trajectory control system providing accurate results, regardless of the depth of drilling.
  • the invention achieves its object by the fact that the excavating machine further comprises:
  • a locating device for determining the spatial position of the carriage.
  • the carriage separate from the chassis, is configured to move along the cable, the latter may be a carrier cable which is suspended from the frame and whose function is to carry the frame, or a non-loadable cable which is specifically provided to guide the cart.
  • the carriage moves, preferably, between the surface and the lower end of the cable.
  • the cable is live.
  • the machine comprises means for holding the cable under tension.
  • the live cable is rarely perfectly straight. It has indeed a curved shape, more or less pronounced depending on the path taken by the chassis during drilling.
  • EP 0 841 465 it was assumed as a first approximation that the cables were straight, which allows to obtain correct results when the drilling depth is low. However, it is understood that for greater depths, this approximation no longer holds because the cables can have a significant curvature.
  • the carriage follows the curvature of the cable. Consequently, knowledge of the spatial position of the carriage makes it possible to know the spatial position of the cable, and in particular the position of the lower end of the cable, which then makes it possible to determine the position of the frame and the cutting device, knowing the length and inclination of the frame.
  • the carriage descends by the effect of its own weight. It may eventually be weighted.
  • the moving means preferably comprise a connecting cable connected to a winch.
  • the carriage comprises a motorized wheel allowing its movement along the cable.
  • the spatial position of the carriage is determined several times during its movement along the cable. “Measuring points” are the successive positions of the carriage along the cable to which measurements are made to determine the spatial positions of said carriage.
  • Spatial position means in particular the rotation of the carriage relative to a reference position, and its position on the cable.
  • the measurements can be made during the descent of the carriage, or during its ascent.
  • a first series of measurements is taken during the descent of the carriage, a second series of measurement during the ascent of the carriage, and the position of the chassis is determined using the first and second measurement series.
  • the carriage is immobilized at each measuring point so that the measurements are made during the stopping of the carriage.
  • the chassis is suspended by means of several carrying cables.
  • the carriage may be slidably mounted to one or other of the carrier cables.
  • the carriage is moved along one of the load-bearing cables, the position measurements are carried out along this cable, and then the carriage, or another similar carriage, is moved along another of the carrier cables, and the position measurements are taken along this other cable.
  • the carriage is configured so that its trajectory is locally coaxial with the cable along which it moves.
  • the carriage is preferably provided with three wheels that enclose the cable.
  • the excavating machine according to the invention further comprises a guiding device for preventing the carriage from pivoting about itself around the cable during its movement along said cable.
  • a guiding device for preventing the carriage from pivoting about itself around the cable during its movement along said cable.
  • the frame is fixed to the lower end of a first cable and the lower end of a second cable
  • the carriage is slidably mounted along the first cable
  • the guide device comprises at least one arm integral with the carriage and cooperating with at least the second cable, without adding stress.
  • An advantage of this configuration is to be able to detect and measure the twisting of the trajectory of the chassis.
  • first and second cables have an angular displacement, considered in a substantially horizontal plane, related to the rotation of the frame relative to a vertical axis, it is understood that the carriage, thanks to his arm, will be driven in the same movement angular displacement.
  • the arm has a distal end which cooperates with the second cable.
  • This distal end is preferably, but not necessarily, provided with at least one roller whose axis of rotation is substantially perpendicular to the second cable to facilitate the sliding of the arm along the second cable.
  • the excavation machine according to the invention further comprises a cuttings evacuation pipe which extends above the frame, and the arm is curved so as to be offset relative to the pipe of evacuation. An interest is to avoid a contact between the arm and the evacuation pipe, which would be likely to block or slow the movement of the carriage.
  • the locating device comprises at least one inclination measuring device disposed in the carriage.
  • the measurements are made at predetermined depths or else at predetermined lengths of movement of the carriage along the cable.
  • the locating device comprises first and second inclination measuring devices, arranged in the carriage, arranged to perform inclination measurements in two vertical planes perpendicular to each other.
  • the machine according to the invention further comprises guiding means arranged above the ground surface to keep immobile in a horizontal plane the cable area disposed in said plane as and when the lowering the frame, the guide means for defining at least one fixed reference position, so that the position of the lower end of the cable is determined relative to the fixed reference point.
  • the guiding means make it possible to define as many reference fixed positions as there are cables. More preferably, the guide means comprise fixed guide means in which the cables pass, said fixed guide means being disposed at the surface of the ground in a horizontal plane facing the trench.
  • the guide means therefore make it possible to simplify the calculation. However, we can do without it. In this case, account should also be taken of the displacement, in a horizontal plane situated on the surface, of the zone of the cable situated in the said horizontal plane. For example, when the excavating machine according to the invention is a grab, which periodically rises to the surface each time its cups are filled with cuttings, it will not be possible to set up the guide means.
  • the coordinates of another point of the upper end of the frame are determined.
  • the locating device determines the twisting angle of the trajectory of the carriage concomitantly with the measurements of its inclination.
  • the locating device further comprises a device for measuring the angle of rotation of the carriage in a plane substantially perpendicular to the cable.
  • This pivoting also called twisting, participates in the calculation of the spatial location of the carriage.
  • the carriage is provided with a memory for storing the data measured by the locating device during the movement of the carriage. These data are then transferred to calculation means arranged on the surface, this transfer preferably taking place when the carriage is raised to the surface. According to one variant, the transfer takes place in real time via the connecting cable.
  • the locating device further comprises a device for determining the length of the movement of the carriage along said cable.
  • the device for determining the length of the movement of the carriage along the cable determines the unrolled length of the connecting cable.
  • the means for moving the carriage are configured so that the speed of descent and / or rise of the carriage along the cable is controlled.
  • the excavating machine further comprises a device for determining the position of the chassis from the measurement data taken by the locating device during the movement of the carriage along the cable.
  • This device implements a calculation step which, from the set of measurements made, makes it possible to determine the coordinates of at least the lower end of one of the cables attached to the upper end of the frame.
  • the frame comprises an inclinometer for determining the inclination of the frame relative to the vertical
  • the machine further comprises a device for determining the position of the cutting device from the position, the length and inclination of the frame.
  • the machine further comprises a muffle, known in addition, which is pivotally mounted at the upper end of the frame relative to the longitudinal axis of the frame.
  • the machine also comprises measuring means for measuring the angle of rotation of the muffle with respect to the frame.
  • the cables are connected to the pivoting muffle so that the frame can pivot relative to the cables. The position of the cutting device is then determined in the same way as above except that the angle of rotation of the muffle supplied by the measuring means is furthermore used.
  • the present invention further relates to a method of drilling in a soil, wherein:
  • An excavation machine according to the invention is provided;
  • a drilling step is made by penetrating the frame into the ground
  • a step is taken to move the carriage along the cable during which the spatial position of the carriage is measured at different measurement points;
  • the position of the chassis in the ground is determined from the position measurements of the truck.
  • the carriage is immobilized at each measurement point during the measurement of the spatial position of the carriage. Of course, one could however make the measurements on the fly, without stopping the carriage.
  • the movement of the carriage is stopped at each measuring point the time to realize the measurement of its spatial position.
  • the truck will be immobilized every 0.5 m, 1 m or 2 m of cable.
  • the cable is immobilized before carrying out the step of moving the carriage, and several steps are performed for moving the carriage during the drilling step, so as to determine several positions of the chassis in the ground and of 'get the real trajectory of the chassis in the ground.
  • the immobilization of the cable may for example be obtained by stopping the descent of the chassis.
  • a mathematical processing of the position measurements of the carriage is carried out, preferably by integration, in order to determine the coordinates of at least the lower end of the cable fixed to the upper part of the chassis. These coordinates are preferably relative coordinates with respect to the aforementioned fixed reference position.
  • several steps of moving the carriage along the same cable are carried out. Still preferably, in some of the steps of moving the carriage along the same cable, the sensors are turned 180 ° in order to cancel the calibration errors.
  • steps of moving the carriage along the other cables are carried out in order to determine the coordinates of the lower ends of other cables fixed to the upper part of the chassis. This allows in particular to recalculate the distances between the cables to control that they are consistent with actual distances. An interest is therefore to control the quality of the measured values. Another interest is to determine the rotation of the upper part of the frame relative to the horizontal.
  • the inclination of the frame is measured and the position of the cutting device in the ground is determined from the position of the frame and the measurement of the inclination of the frame.
  • the actual trajectory is compared with a predetermined trajectory of the chassis in the ground, and the positioning of the chassis is corrected during the drilling step to minimize the difference between the actual path and the predetermined path.
  • This positioning correction is achieved by actuators arranged on the frame and which are controlled from the surface.
  • these actuators consist of pads actuated by hydraulic means for exerting a thrust on the walls of the trench to change the path of the frame.
  • the actual trajectory of the cutting device which is preferably compared to a predetermined trajectory, is determined in order to correct any detected deviation.
  • the invention finally relates to the carriage intended to be slidably mounted on a cable connecting the surface to the excavating machine according to the invention.
  • Figure 1 is an overall view of the excavating machine according to the invention during drilling
  • Figure 2 is a top view of the guide means intended to be arranged in a horizontal plane at the surface and facing the trench;
  • Figure 3 illustrates the beginning of the drilling operation, the frame being shown in front view, in a plane orthogonal to the thickness of the trench, the frame being oriented vertically;
  • FIG. 4 is a side view of the frame of Figure 3;
  • FIG. 5 illustrates the chassis immobilized at great depth, in front view, in a vertical plane orthogonal to the thickness of the trench, the trajectory of the chassis having deflected with respect to the vertical in a direction X parallel to the width of the trench; trench;
  • FIG. 6 is a side view of the frame of FIG. 5, illustrating the deviation of the chassis trajectory by vertical ratio in a Y direction parallel to the thickness of the trench;
  • FIGS. 7A to 7D illustrate the position of one of the frame cables of FIGS. 5 and 6 in horizontal planes at different depths at which the position of the carriage is determined;
  • Figure 8 illustrates the displacement of the carriage along the X axis between two successive measurements
  • Figure 9 illustrates the movement of the carriage along the Y axis between two successive measurements
  • Figure 10 is a detail view of the carriage; and Fig. 11 is a diagram illustrating the mathematical processing of the signals used to determine the position of the chassis cutter in the ground.
  • FIG 1 there is shown an excavating machine 10 according to the present invention while drilling a trench T in a soil S adjacent to a screen E already in place in the ground.
  • thickness means the smallest dimension of the trench T considered in a horizontal plane
  • width means the largest dimension of the trench T considered in the horizontal plane
  • Depth means the height of the trench considered in a vertical direction.
  • the excavating machine 10 is a hydrofraise.
  • the excavating machine comprises a suspended frame 12 having an upper end 14 and a lower end 16.
  • the frame extends in a longitudinal direction DL, and has a length L.
  • a cutting device 18 provided with rotary drums 20 is attached to the lower end 16 of the frame 12.
  • the chassis 12 is suspended from a hoisting apparatus 22.
  • the excavating machine comprises, in this nonlimiting example, first, second, third and fourth carrying cables referenced 30, 32, 34 and 36.
  • Each cable has a lower end 30a, 32a, 34a and 36a which is attached to the upper end 14 of the frame.
  • A, B, C and D are the points of attachment of the cables 30, 32, 34 and 36 to the upper part of the frame.
  • the upper ends of the cables are mounted on one or more drums carried by the lifting gear 22.
  • the cables are carrying, in that they carry the frame 12. It is understood that the cables are energized by the action of the weight of the frame. It is also understood that the cables extend above the frame 12.
  • the excavating machine 10 further comprises a cutout evacuation pipe 13 which extends above the frame, being connected to the upper end 14 of the frame.
  • a cutout evacuation pipe 13 which extends above the frame, being connected to the upper end 14 of the frame.
  • the carrying cables 30, 32, 34 and 36 are arranged around and extend substantially parallel to the discharge pipe of the cuttings 13.
  • the excavating machine 10 comprises a carriage 50 which is slidably mounted along the first cable 30.
  • the carriage 50 is configured to slide along the other three cables 32 , 34 and 36.
  • the carriage 50 illustrated in FIG. 10, comprises a body 52 to which are attached three rollers 54 which allow the carriage 50 to slide along said cable 30.
  • the rollers 54 are arranged on either side of the cable so as to 'grip, thanks to which the carriage 50 is slidably mounted along the cable.
  • the movement of the carriage 50 along the first cable 30 is achieved by a device which comprises a connecting cable 60 connected to the body 52 on the one hand, and to a drum 62 disposed on the surface, on the other hand . If the carriage can descend along the cable due to the action of its own weight, however its speed of descent is controlled by the action of the drum 62.
  • the drum 62 also has the function of reassembling the carriage
  • a guiding device 56 which comprises an arm 56, integral and perpendicular to the body 52, and which cooperates with another cable, in this example the second cable 34.
  • the first and second cables are located in the same half-thickness of the frame, but not in the same half-width of the frame.
  • the arm 56 has a distal end 56a which cooperates with the second cable.
  • the distal end 56a comprises two rollers 58 whose axes of rotation are substantially parallel to the arm, and whose function is to minimize friction between the arm and the second cable 34.
  • the arm 56 is curved so as to be offset relative to the evacuation pipe 13. This makes it possible to avoid the risk of the arm coming into contact with the evacuation pipe, which which could slow down or block the movement of the truck.
  • the excavating machine 10 further comprises guide means 70 of the first, second, third and fourth cables 30, 32, 34 and 36.
  • These guide means 70 consist of sleepers 72 which comprise four guide rings 74 for guiding the cables.
  • these guide means 70 are positioned at the surface and serve the function of keeping the zones of the cables arranged in the horizontal plane Q immobile in a horizontal plane Q.
  • the guide means are fixed relative to the ground, so that the carrying cables remain "immobile" in the horizontal plane Q.
  • the guide rings 74 which may well heard to present another form, define four fixed reference positions, called A 0 , B °, C ° and D °.
  • the position of the rings coincides with that of the attachment points A, B, C and D when the upper end of the frame is substantially in the horizontal plane Q.
  • an object of the invention is to determine the position of the cutting device in the soil during the step drilling. For this, we will begin by determining the position of the frame 12 in the ground, and more particularly the position of the upper part of said frame. To do this, at least the distance between the fixing point A of the first cable 30 is measured with respect to the fixed reference position A 0 .
  • the displacement of the attachment points B, C and D of the other cables with respect to the fixed positions of associated references B °, C ° and D is also measured. °.
  • the distance between the attachment point A of the first cable relative to the fixed reference position A 0 is determined by the displacement of the carriage 50 along the cable, between the reference position A 0 and the fixing point A.
  • This movement can be a descent along the cable or a lift.
  • the spatial position of the carriage 50 is periodically measured by means of a localization device.
  • the first cable is held stationary. To do this, in this example, it stops the descent of the frame 12.
  • the first cable is stationary during the movement of the carriage 50 and the realization of measurements.
  • the position of the carriage 50 on the first cable 30 is denoted by A 1 , where "i" is an integer between 1 and N.
  • N measurements of the spatial position of the carriage are made.
  • the N positions of the carriage, for which a measurement is made, called measuring points, are distributed along the first cable.
  • the measurement point A N is preferably merged with the point of attachment A, or at least located in the immediate vicinity of said point of attachment.
  • the carriage 50 is stopped at each measurement point A 1, so that the carriage is stopped while performing the measurement, which provides more accurate measurement values.
  • the locating device firstly comprises first and second inclination measuring devices 80, 82, arranged in the carriage 50, arranged to perform inclination measurements in two vertical planes perpendicular to each other.
  • inclination measuring devices 80, 82 make it possible to measure:
  • the values of the angles of inclination a and ⁇ measured at the point A 1 are denoted ⁇ 'and ⁇ '. Also, each measurement point A 1, the carriage being preferably stopped, measuring the angles ⁇ 'and ⁇ '.
  • the locating device further comprises a device 84 for determining the length I of the movement of the carriage along the first cable 30. This length I corresponds to the length I of the connecting cable
  • the device 84 naturally makes it possible to measure the infinitesimal displacement ⁇ of the carriage 50 between two successive measuring points A 1 "1 and A 1.
  • the value of the displacement ⁇ ' can be chosen as being a constant value ⁇ imposed by the drum 62.
  • the displacement ⁇ is measured by means embedded in the carriage.
  • the speed of movement of the carriage is controlled.
  • the locating device further comprises a device 86 for measuring the angle of rotation ⁇ 'of the carriage 50 in a substantially orthogonal plane perpendicular to the cable, with respect to a reference angular position ⁇ 0 .
  • the angle of rotation ⁇ is measured in a horizontal plane. Due to the presence of the arm 56, the rotation angle ⁇ corresponds to the twisting angle of the cables with respect to a straight line passing through the reference points A 0 and B °.
  • the angle of rotation ⁇ ' will preferably be measured at each measurement point A 1 , and in particular at the final position A N, so as to give an estimate of the rotation of the upper part of the chassis with respect to the reference line passing through the positions reference A 0 and B °.
  • the rotation angles ⁇ ' are stored in the SI memory of the carriage.
  • FIGS. 8 and 9 it will be understood that the values ⁇ 'and ⁇ ', ⁇ 'and ⁇ make it possible to determine the infinitesimal displacements ⁇ ⁇ ' and ⁇ ⁇ 'along the X and Y axes, by trigonometric calculation.
  • These displacements ⁇ ⁇ 'and ⁇ ⁇ ' are also represented in FIGS. 7A to 7D which illustrate, in horizontal section, a few measuring points A 1 , A 1 and A N of the carriage 50 to which the measurements of the truck's spatial position are made. .
  • the excavation machine further comprises a device 90 for determining the position of the frame 12 from the measurement data, namely the values ⁇ ', ⁇ ' and ⁇ 'taken by the first and second inclination measuring devices 80,82 of the locating device, and by the device 86 measuring the twisting of the cables during the movement of the carriage along the first cable 30.
  • this device 90 comprises mathematical processing means for calculating the aforesaid displacements ⁇ ⁇ 'and ⁇ ⁇ ' then, by an integral calculation, to determine the displacement values ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ along the X and Y axes. point A relative to the fixed reference position A 0 .
  • the position of the frame 12, and more particularly that of its upper part 14, is determined from the displacement values ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ , and the depth of the point A which can be determined for example from the unrolled length of the first cable 30 or using another type of depth gauge attached to the frame.
  • the value of the number of measuring points N will be chosen sufficiently large to provide a precise result, it being understood that the value N may depend on the depth reached by the frame. As non-limiting examples, N will be chosen so as to measure every 0.20 m, 0.5 m, 1 m or 2 m of cable.
  • the measurement is made at fixed time intervals, the carriage being moved at a constant speed.
  • the excavating machine further comprises a device 92 for determining the position of the cutting device 18 in the ground, from the position of the frame, and more particularly from the position of the upper part of the frame 12.
  • the position of the cutting device 18 is also determined from the length (or height) L of the frame and its inclination with respect to the vertical.
  • the inclination of the frame 12 is measured using an inclinometer
  • first and second angles of inclination are measured in two vertical planes orthogonal to each other.
  • FIG. 11 schematically shows the mathematical processing of the information delivered by the various aforementioned measuring devices and making it possible to calculate the position of the median point W of the cutting device.
  • the device 90 for determining the position of the frame 12 receives the values ⁇ 'and ⁇ ', ⁇ 'measured during the displacement of the carriage by the inclinometers arranged in the carriage and ⁇ ', measured by the device 84 to determine the length of the displacement. of the carriage along the first cable 30.
  • the device 90 calculates the coordinates of the points A, B, C and D.
  • the device 92 for determining the position of the cutting device receives the coordinates of at least the attachment point. A, and the values of the first and second inclination angles of the frame ⁇ and ⁇ provided by the inclinometer 100 secured to the frame.
  • the device 92 then provides the coordinates of the midpoint W.
  • trajectory correction means for example hydraulic pads 110 arranged on the faces of the frame. These pads 110, bearing against the edges of the trench, allow to change the inclination of the frame, and therefore its trajectory.

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Abstract

L'invention concerne une machine d'excavation (10) comportant: un châssis suspendu (12) comportant une extrémité supérieure (14) et une extrémité inférieure (16); au moins un câble (30, 32, 34, 36) s'étendant au-dessus du châssis, ledit câble étant sous tension et ayant une extrémité inférieure (30a, 32a, 34a, 36a) fixée à l'extrémité supérieure du châssis; un dispositif de coupe (18) disposé à l'extrémité inférieure du châssis. L'invention se caractérise en ce que la machine comporte en outre: un chariot (50) qui est monté coulissant le long du câble; un dispositif (60, 62) pour déplacer le chariot le long du câble; et un dispositif de localisation pour déterminer la position spatiale du chariot.

Description

Procédé de détermination de la position d'un dispositif de coupe dans le sol à l'aide d'un chariot mobile
Arrière-plan de l'invention
La présente invention concerne le domaine du forage et de l'excavation d'écrans dans le sol.
De façon plus précise, l'invention porte sur une machine d'excavation comportant :
• un châssis suspendu comportant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ;
• au moins un câble s'étendant au-dessus du châssis, ledit câble étant sous tension et ayant une extrémité inférieure fixée à l'extrémité supérieure du châssis ;
• un dispositif de coupe disposé à l'extrémité inférieure du châssis.
Une telle machine d'excavation est notamment, mais pas exclusivement, une foreuse à tambours rotatifs, également appelée hydrofraise. FR 2 211 027 décrit une telle machine. Lors de l'opération de forage, le châssis poursuit un mouvement de descente au fur et à mesure que ses tambours rotatifs creusent la tranchée.
Selon une autre variante, une telle machine d'excavation est une benne preneuse à godets, dont le mécanisme d'actionnement est mécanique ou hydraulique.
Pour certains travaux, la tranchée peut présenter une grande profondeur qui peut atteindre 100 mètres ou bien plus. En outre, il est en général nécessaire que cette tranchée présente une grande précision quant à sa verticalité, notamment du fait que l'ouvrage final résulte d'une juxtaposition de panneaux, par exemple des parois moulées ou tout autre type d'écrans.
En raison notamment des irrégularités du sol dans lequel la tranchée doit être réalisée, il existe des risques importants que le châssis dévie de sa trajectoire verticale, ce risque augmentant au fur et à mesure que la profondeur du forage augmente.
Il existe donc un réel besoin de disposer de systèmes permettant de contrôler la verticalité, ou à tout le moins l'orientation, des déplacements du châssis dans le sol, en détectant d'éventuels écarts par rapport à la trajectoire souhaitée.
Pour résoudre ce problème, EP 0 841 465 propose un système de contrôle de la verticalité d'un engin de forage dans lequel deux câbles de faible section sont fixés à l'extrémité supérieure de l'engin. Ces câbles sont maintenus sous tension constante et passent par deux points fixes de référence disposés à l'extrémité supérieure de la tranchée. Grâce à la mesure en continu de la longueur des câbles, et des angles d'inclinaison des extrémités des câbles fixées sur l'engin, on calcule les coordonnées des deux points de fixation de câbles.
Cette méthode, qui donne toute satisfaction pour des profondeurs de forage inférieures à 100 m, manque toutefois de précision pour les forages à plus grande profondeur. Objet et résumé de l'invention
Un objet de l'invention est de proposer une machine d'excavation munie d'un système de contrôle de la trajectoire du châssis offrant des résultats précis, quelle que soit la profondeur du forage.
L'invention atteint son but par le fait que la machine d'excavation comporte en outre:
• un chariot qui est monté coulissant le long du câble ;
• un dispositif pour déplacer le chariot le long du câble ; et
• un dispositif de localisation pour déterminer la position spatiale du chariot.
Le chariot, distinct du châssis, est donc configuré pour se déplacer le long du câble, ce dernier pouvant être un câble porteur auquel est suspendu le châssis et dont la fonction est de porter le châssis, ou bien un câble non porteur qui est prévu spécifiquement pour guider le chariot. Le chariot se déplace, de préférence, entre la surface et l'extrémité inférieure du câble.
Le câble est sous tension. Lorsque le câble est porteur, on comprend qu'il est mis sous tension grâce à l'action du poids du châssis. Lorsque le câble utilisé pour guider le déplacement du chariot n'est pas porteur, la machine comprend des moyens pour maintenir le câble sous tension. En pratique, le câble sous tension est rarement parfaitement rectiligne. Il présente en effet une forme courbe, plus ou moins prononcée selon la trajectoire empruntée par le châssis lors du forage. Dans le document EP 0 841 465, on a supposé en première approximation que les câbles étaient rectilignes, ce qui permet d'obtenir des résultats corrects lorsque la profondeur du forage est faible. On comprend cependant, que pour des profondeurs plus importantes, cette approximation ne tient plus car les câbles peuvent présenter une courbure significative.
En se déplaçant le long du câble, le chariot suit la courbure du câble. En conséquence, la connaissance de la position spatiale du chariot permet de connaître la position spatiale du câble, et notamment la position de l'extrémité inférieure du câble, ce qui permet ensuite de déterminer la position du châssis et du dispositif de coupe, connaissant la longueur et l'inclinaison du châssis.
De préférence, le chariot descend par l'effet de son poids propre. Il pourra éventuellement être lesté. Pour sa remontée, les moyens de déplacement comprennent de préférence un câble de liaison relié à un treuil. Selon une autre variante, le chariot comporte une roue motorisée permettant son déplacement le long du câble.
De préférence, la position spatiale du chariot est déterminée à plusieurs reprises lors de son déplacement le long du câble. On appelle « points de mesure », les positions successives du chariot le long du câble auxquelles on effectue les mesures permettant de déterminer les positions spatiales dudit chariot.
Par position spatiale, on entend notamment la rotation du chariot par rapport à une position de référence, et sa position sur le câble. Les mesures peuvent être effectuées lors de la descente du chariot, ou bien lors de sa remontée.
Pour améliorer la précision des résultats, on réalise une première série de mesures lors de la descente du chariot, une seconde série de mesure lors de la remontée du chariot, et l'on détermine la position du châssis à l'aide des première et seconde séries de mesure.
De manière avantageuse, pour améliorer encore la précision des résultats, on immobilise le chariot à chaque point de mesure de telle manière que les mesures sont effectuées pendant l'arrêt du chariot. Généralement, le châssis est suspendu par l'intermédiaire de plusieurs câbles porteurs. Sans sortir du cadre de la présente invention, le chariot pourra être monté coulissant à l'un ou l'autre des câbles porteurs.
Selon une variante, pour améliorer la précision des résultats, on déplace le chariot le long d'un des câbles porteurs, on effectue les mesures de position le long de ce câble, puis on déplace le chariot, ou un autre chariot similaire, le long d'un autre des câbles porteurs, et on effectue les mesures de position le long de cet autre câble.
De manière avantageuse, le chariot est configuré pour que sa trajectoire soit localement coaxiale au câble le long duquel il se déplace. Pour ce faire, le chariot est préférentiellement muni de trois roulettes qui enserrent le câble.
De manière avantageuse, la machine d'excavation selon l'invention comporte en outre un dispositif de guidage pour empêcher que le chariot ne pivote sur lui-même autour du câble pendant son déplacement le long dudit câble. Cela permet d'améliorer significativement la précision des mesures car un pivotement du chariot sur lui-même autour du câble aurait pour conséquence de fausser les mesures.
De préférence, pour éviter ce pivotement, le châssis est fixé à l'extrémité inférieure d'un premier câble et à l'extrémité inférieure d'un deuxième câble, le chariot est monté coulissant le long du premier câble, et le dispositif de guidage comporte au moins un bras solidaire du chariot et coopérant avec au moins le deuxième câble, sans ajouter de contrainte.
Un intérêt de cette configuration est de pouvoir détecter et mesurer le vrillage de la trajectoire du châssis.
Dès lors que les premier et deuxième câbles auront un déplacement angulaire, considéré dans un plan sensiblement horizontal, lié à la rotation du châssis par rapport à un axe vertical, on comprend que le chariot, grâce à son bras, sera entraîné dans le même mouvement de déplacement angulaire.
De préférence, le bras comporte une extrémité distale qui coopère avec le deuxième câble. Cette extrémité distale est de préférence, mais pas nécessairement, munie d'au moins un rouleau dont l'axe de rotation est sensiblement perpendiculaire au deuxième câble afin de faciliter le glissement du bras le long du deuxième câble. Selon une variante, la machine d'excavation selon l'invention comporte en outre une conduite d'évacuation des déblais qui s'étend au- dessus du châssis, et le bras est incurvé de manière à être décalé par rapport à la conduite d'évacuation. Un intérêt est d'éviter un contact entre le bras et la conduite d'évacuation, qui serait susceptible de bloquer ou ralentir le déplacement du chariot.
Avantageusement, le dispositif de localisation comporte au moins un dispositif de mesure d'inclinaison disposé dans le chariot.
Ainsi, on réalise plusieurs mesures d'inclinaison du chariot au cours du déplacement du chariot le long du câble. Comme mentionné précédemment, ces mesures sont effectuées lors de la descente et/ou lors de la remontée du chariot.
Avantageusement, les mesures sont effectuées à des profondeurs prédéterminées ou bien encore à des longueurs prédéterminées de déplacement du chariot le long du câble.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif de localisation comporte des premier et deuxième dispositifs de mesure d'inclinaison, disposés dans le chariot, agencés pour effectuer des mesures d'inclinaisons dans deux plans verticaux perpendiculaires l'un à l'autre.
Ainsi, en réalisant une succession de mesures d'inclinaison du chariot dans les deux plans verticaux, on détermine, par une méthode de calcul intégral, la position de l'extrémité inférieure du câble, et donc les coordonnées de l'un des points de l'extrémité supérieure du châssis. Le calcul se base en outre sur la distance parcourue par le chariot entre deux mesures successives.
Avantageusement, mais non nécessairement, la machine selon l'invention comporte en outre des moyens de guidage disposés au-dessus de la surface du sol pour maintenir immobile dans un plan horizontal la zone du câble disposée dans ledit plan au fur et à mesure de la descente du châssis, les moyens de guidage permettant de définir au moins une position fixe de référence, de sorte que la position de l'extrémité inférieure du câble est déterminée de manière relative par rapport au point de référence fixe.
De préférence, les moyens de guidage permettent de définir autant de positions fixes de référence qu'il existe de câbles. Encore de préférence, les moyens de guidage comprennent des moyens fixes de guidage dans lesquels passent les câbles, lesdits moyens fixes de guidage étant disposés à la surface du sol dans un plan horizontal en regard de la tranchée.
Les moyens de guidage permettent donc de simplifier le calcul. On peut toutefois s'en passer. Dans ce cas, il convient de tenir compte également du déplacement, dans un plan horizontal situé en surface, de la zone du câble située dans ledit plan horizontal. Par exemple, lorsque la machine d'excavation selon l'invention est une benne preneuse, qui remonte périodiquement à la surface à chaque fois que ses godets sont remplis de déblais, on ne pourra pas mettre en place les moyens de guidage.
Avantageusement, en effectuant le même type de mesures en faisant circuler le chariot le long d'un autre câble, on détermine les coordonnées d'un autre point de l'extrémité supérieure du châssis.
Pour améliorer la précision des mesures, on détermine l'angle de vrillage de la trajectoire du chariot concomitamment aux mesures de son inclinaison. Pour ce faire, le dispositif de localisation comporte en outre un dispositif de mesure de l'angle de rotation du chariot dans un plan sensiblement perpendiculaire au câble.
Ce pivotement, également appelé vrillage, participe au calcul de la localisation spatiale du chariot.
Selon un exemple de réalisation préférentiel, le chariot est muni d'une mémoire pour stocker les données mesurées par le dispositif de localisation au cours du déplacement du chariot. Ces données sont ensuite transférées à des moyens de calcul disposés en surface, ce transfert ayant lieu de préférence lorsque le chariot est remonté en surface. Selon une variante, le transfert a lieu en temps réel par l'intermédiaire du câble de liaison.
Avantageusement, le dispositif de localisation comporte en outre un dispositif pour déterminer la longueur du déplacement du chariot le long dudit câble. De préférence, le dispositif pour déterminer la longueur du déplacement du chariot le long du câble détermine la longueur déroulée du câble de liaison. De manière préférentielle, les moyens pour déplacer le chariot sont configurés de telle sorte que la vitesse de descente et/ou de montée du chariot le long du câble est contrôlée.
Selon l'invention, la machine d'excavation comporte en outre un dispositif pour déterminer la position du châssis à partir des données de mesure prises par le dispositif de localisation au cours du déplacement du chariot le long du câble. Ce dispositif met en œuvre une étape de calcul qui, à partir de l'ensemble des mesures effectuées, permet de déterminer les coordonnées d'au moins l'extrémité inférieure de l'un des câbles fixée à l'extrémité supérieure du châssis.
Pour positionner le dispositif de coupe, le châssis comporte un inclinomètre permettant de déterminer l'inclinaison du châssis par rapport à la verticale, et la machine comporte en outre un dispositif pour déterminer la position du dispositif de coupe à partir de la position, de la longueur et de l'inclinaison du châssis.
Selon une autre variante, la machine comporte en outre un moufle, connu par ailleurs, qui est monté pivotant à l'extrémité supérieure du châssis par rapport à l'axe longitudinal du châssis. La machine comprend également des moyens de mesure pour mesurer l'angle de rotation du moufle par rapport au châssis. Dans cette variante, les câbles sont connectés au moufle pivotant de sorte que le châssis peut pivoter par rapport aux câbles. La position du dispositif de coupe est alors déterminée de la même façon que précédemment à ceci près que l'on utilise en outre l'angle de rotation du moufle fourni par les moyens de mesure.
La présente invention porte en outre sur un procédé de forage dans un sol, dans lequel :
• on fournit une machine d'excavation selon l'invention ;
• on réalise une étape de forage en faisant pénétrer le châssis dans le sol ;
• on réalise une étape de déplacement du chariot le long du câble au cours de laquelle on mesure, en différents points de mesure, la position spatiale du chariot ; et
• on détermine la position du châssis dans le sol à partir des mesures de position du chariot. Avantageusement, pour améliorer la précision des mesures, on immobilise le chariot à chaque point de mesure pendant la mesure de la position spatiale du chariot. Bien entendu, on pourrait toutefois réaliser les mesures à la volée, sans arrêter le chariot.
De préférence, le déplacement du chariot est stoppé à chaque point de mesure le temps de réaliser la mesure de sa position spatiale. Par exemple, le chariot sera immobilisé tous les 0.5 m, 1 m ou 2 m de câble.
De manière préférentielle, on immobilise le câble avant de réaliser l'étape de déplacement du chariot, et on réalise plusieurs étapes de déplacement du chariot au cours de l'étape de forage, de manière à déterminer plusieurs positions du châssis dans le sol et d'obtenir la trajectoire réelle du châssis dans le sol. L'immobilisation du câble pourra par exemple être obtenue en stoppant la descente du châssis.
Avantageusement, on réalise un traitement mathématique des mesures de position du chariot, de préférence par intégration, afin de déterminer les coordonnées d'au moins l'extrémité inférieure du câble fixée à la partie supérieure du châssis. Ces coordonnées sont de préférence des coordonnées relatives par rapport à la position fixe de référence précitée. De préférence, pour améliorer la précision des mesures, on réalise plusieurs étapes de déplacement du chariot le long du même câble. Encore de préférence, dans certaines des étapes de déplacement du chariot le long du même câble, on retourne les capteurs à 180° afin d'annuler les erreurs de calibration.
Selon une variante, on réalise des étapes de déplacement du chariot le long des autres câbles afin de déterminer les coordonnées des extrémités inférieures d'autres câbles fixés à la partie supérieure du châssis. Cela permet notamment de recalculer les distances entre les câbles afin de contrôler qu'elles sont bien conformes aux distances réelles. Un intérêt est donc de contrôler la qualité des valeurs mesurées. Un autre intérêt est de déterminer la rotation de la partie supérieure du châssis par rapport à l'horizontale.
Avantageusement, on mesure l'inclinaison du châssis et on détermine la position du dispositif de coupe dans le sol à partir de la position du châssis et la mesure de l'inclinaison du châssis.
Selon un mode de mise en œuvre particulièrement avantageux, on compare la trajectoire réelle avec une trajectoire prédéterminée du châssis dans le sol, et on corrige le positionnement du châssis au cours de l'étape de forage afin de minimiser l'écart entre la trajectoire réelle et la trajectoire prédéterminée. Cette correction de positionnement est réalisée grâce à des actionneurs disposés sur le châssis et qui sont commandés depuis la surface. De manière connue, ces actionneurs sont constitués de patins actionnés par des moyens hydrauliques permettant d'exercer une poussée sur les parois de la tranchée afin de modifier la trajectoire du châssis.
Avantageusement, on détermine la trajectoire réelle du dispositif de coupe, qui est de préférence comparée à une trajectoire prédéterminée, et ce afin de corriger l'éventuelle déviation détectée.
L'invention concerne enfin le chariot destiné à être monté coulissant sur un câble reliant la surface à la machine d'excavation selon l'invention.
Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
la figure 1 est une vue d'ensemble de la machine d'excavation selon l'invention en cours de forage ;
la figure 2 est une vue de dessus des moyens de guidage destinés à être disposés dans un plan horizontal en surface et en regard de la tranchée ;
la figure 3 illustre le début de l'opération de forage, le châssis étant représenté en vue de face, dans un plan orthogonal à l'épaisseur de la tranchée, le châssis étant orienté verticalement ;
la figure 4 est une vue latérale du châssis de la figure 3 ; la figure 5 illustre le châssis immobilisé à grande profondeur, en vue de face, dans un plan vertical orthogonal à l'épaisseur de la tranchée, la trajectoire du châssis ayant dévié par rapport à la verticale selon une direction X parallèle à la largeur de la tranchée;
la figure 6 est une vue latérale du châssis de la figure 5, illustrant la déviation de la trajectoire du châssis par rapport à la verticale selon une direction Y parallèle à l'épaisseur de la tranchée ;
les figures 7A à 7D illustrent la position de l'un des câbles du châssis des figures 5 et 6 dans des plans horizontaux situés à différentes profondeurs auxquelles la position du chariot est déterminée ;
la figure 8 illustre le déplacement du chariot selon l'axe X entre deux mesures successives ;
la figure 9 illustre le déplacement du chariot selon l'axe Y entre deux mesures successives ;
la figure 10 est une vue de détail du chariot ; et la figure 11 est un schéma illustrant le traitement mathématique des signaux utilisés pour déterminer la position du dispositif de coupe du châssis dans le sol.
Description détaillée de l'invention
Sur la figure 1, on a représenté une machine d'excavation 10 conforme à la présente invention en cours de forage d'une tranchée T dans un sol S de manière adjacente à un écran E déjà en place dans le sol.
Dans la suite de la description, on entendra par « épaisseur » la plus petite dimension de la tranchée T considérée dans un plan horizontal, et par « largeur », la plus grande dimension de la tranchée T considérée dans le plan horizontal. On entend par « profondeur », la hauteur de la tranchée considérée selon une direction verticale.
Enfin, la description est faite en référence à un repère orthogonal X, Y, Z, où X est un axe parallèle à la largeur de la tranchée, Y est un axe parallèle à l'épaisseur de la tranchée, et Z est un axe vertical orienté vers le bas.
Dans cet exemple, la machine d'excavation 10 est une hydrofraise.
La machine d'excavation comporte un châssis 12 suspendu comportant une extrémité supérieure 14 et une extrémité inférieure 16.
Le châssis s'étend selon une direction longitudinale DL, et présente une longueur L.
Un dispositif de coupe 18, muni de tambours rotatifs 20, est fixé à l'extrémité inférieure 16 du châssis 12. De manière classique, le châssis 12 est suspendu à un engin de levage 22. Pour ce faire, la machine d'excavation comporte, dans cet exemple non limitatif, des premier, deuxième, troisième et quatrième câbles porteurs référencés 30,32,34 et 36. Chaque câble comporte une extrémité inférieure 30a, 32a, 34a et 36a qui est fixée à l'extrémité supérieure 14 du châssis. On appelle A, B, C et D, les points de fixation des câbles 30,32,34 et 36 à la partie supérieure du châssis. De façon connue, les extrémités supérieures des câbles sont quant à elles montées sur un ou plusieurs tambours portés par l'engin de levage 22.
Les câbles sont porteurs, en ce sens qu'ils portent le châssis 12. On comprend que les câbles sont mis sous tension par l'action du poids du châssis. On comprend également que les câbles s'étendent au dessus du châssis 12.
La machine d'excavation 10 comporte en outre une conduite d'évacuation des déblais 13 qui s'étend au dessus du châssis, en étant relié à l'extrémité supérieure 14 du châssis. Comme on le constate sur la figure 1, les câbles porteurs 30,32,34 et 36 sont disposés autour et s'étendent sensiblement parallèlement à la conduite d'évacuation des déblais 13.
Conformément à la présente invention, la machine d'excavation 10 comporte un chariot 50 qui est monté coulissant le long du premier câble 30. Comme il sera expliqué ci-dessus, le chariot 50 est configuré pour coulisser également le long des trois autres câbles 32,34 et 36.
Le chariot 50, illustré sur la figure 10, comporte un corps 52 auxquelles sont fixées trois roulettes 54 qui permettent au chariot 50 de coulisser le long dudit câble 30. Les roulettes 54 sont disposées de part et d'autre du câble de manière à l'enserrer, grâce à quoi le chariot 50 est monté coulissant le long du câble.
Dans cet exemple, le déplacement du chariot 50 le long du premier câble 30 est réalisé grâce à un dispositif qui comporte un câble de liaison 60 relié au corps 52 d'une part, et à un tambour 62 disposé en surface, d'autre part. Si le chariot peut descendre le long du câble du fait de l'action de son poids propre, on contrôle toutefois sa vitesse de descente grâce à l'action du tambour 62.
Le tambour 62 a également pour fonction de remonter le chariot
50, à une vitesse contrôlée. Pour éviter que le chariot 50 ne pivote sur lui-même autour du câble 30 pendant son déplacement, il est prévu un dispositif de guidage 56 qui comporte un bras 56, solidaire et perpendiculaire au corps 52, et qui coopère avec un autre câble, dans cet exemple le deuxième câble 34. Les premier et deuxième câbles sont situés dans la même demi-épaisseur du châssis, mais pas dans la même demi-largeur du châssis.
Le bras 56 comporte une extrémité distale 56a qui coopère avec le deuxième câble. Dans cet exemple, l'extrémité distale 56a comporte deux rouleaux 58 dont les axes de rotation sont sensiblement parallèles au bras, et dont la fonction est de minimiser les frottements entre le bras et le deuxième câble 34.
Dans l'exemple illustré en figure 1, le bras 56 est incurvé de manière à être décalé par rapport à la conduite d'évacuation 13. Cela permet d'éviter le risque que le bras vienne en contact avec la conduite d'évacuation, ce qui pourrait freiner ou bloquer le déplacement du chariot.
Dans ce mode de réalisation, la machine d'excavation 10 comporte en outre des moyens de guidage 70 des premier, deuxième, troisième et quatrième câbles 30,32,34 et 36. Ces moyens de guidage 70 sont constitués de traverses 72 qui comportent quatre anneaux de guidage 74 pour le guidage des câbles. Comme on le voit sur la figure 3, ces moyens de guidage 70 sont positionnés en surface, et ont pour fonction de maintenir immobile dans un plan horizontal Q les zones des câbles disposées dans le plan horizontal Q.
Pendant l'opération de forage, qui sera décrite ci-dessous, les moyens de guidage sont fixes par rapport au sol, de sorte que les câbles porteurs restent « immobiles » dans le plan horizontal Q. Les anneaux de guidage 74, qui pourraient bien entendu présenter une autre forme, définissent quatre positions fixes de référence, appelées A0, B°, C° et D°. De préférence, la position des anneaux coïncide avec celle des points de fixation A, B, C et D lorsque l'extrémité supérieure du châssis se situe sensiblement dans le plan horizontal Q.
On comprend que, grâce aux moyens de guidage, les points de référence A°, B°, C° et D° ne dépendent pas des éventuels mouvements ou déviation du châssis 12.
Comme mentionné plus haut, un but de l'invention est de déterminer la position du dispositif de coupe dans le sol pendant l'étape de forage. Pour cela, on va commencer par déterminer la position du châssis 12 dans le sol, et plus particulièrement la position de la partie supérieure dudit châssis. Pour ce faire, on mesure au moins l'écart entre le point de fixation A du premier câble 30 par rapport à la position fixe de référence A0.
Pour déterminer de manière plus précise la position de la partie supérieure du châssis, de préférence on mesure également le déplacement des points de fixation B, C et D des autres câbles par rapport à aux positions fixes de références associées B°, C° et D°.
Conformément à l'invention, l'écart entre le point de fixation A du premier câble par rapport à la position fixe de référence A0 est déterminée grâce au déplacement du chariot 50 le long du câble, entre la position de référence A0 et le point de fixation A. Ce déplacement peut être une descente le long du câble ou bien une remontée.
Au cours de l'étape de déplacement du chariot 50 le long du premier câble 50, on mesure périodiquement la position spatiale du chariot 50 à l'aide d'un dispositif de localisation. Pendant l'étape de déplacement, le premier câble est maintenu immobile. Pour ce faire, dans cet exemple, on stoppe la descente du châssis 12.
On comprend donc que le premier câble est immobile pendant le déplacement du chariot 50 et la réalisation des mesures.
En se référant aux figures 5 et 6, on comprend que, à un instant t, auquel est réalisée une mesure de position spatiale, la position du chariot 50 sur le premier câble 30 est notée A1, où « i » est un nombre entier compris entre 1 et N. Dans cet exemple, on réalise donc N mesures de la position spatiale du chariot. Les N positions du chariot, pour lesquelles on réalise une mesure, appelées points de mesure, sont réparties le long du premier câble. En conséquence, le point de mesure AN est de préférence confondue avec le point de fixation A, ou au moins située dans le voisinage immédiat dudit point de fixation. De préférence, le chariot 50 est immobilisé à chaque point de mesure A1, de sorte que le chariot est à l'arrêt pendant la réalisation de la mesure, ce qui permet d'obtenir des valeurs de mesures plus précises.
Le dispositif de localisation comporte tout d'abord des premier et deuxième dispositifs de mesure d'inclinaison 80,82, disposés dans le chariot 50, agencés pour effectuer des mesures d'inclinaison dans deux plans verticaux perpendiculaires l'un à l'autre. Ces dispositifs de mesure d'inclinaison, en l'espèce des inclinomètres, permettent de mesurer :
• un angle d'inclinaison a par rapport à la verticale, cette inclinaison correspondant à une rotation du chariot 50 autour de l'axe Y, comme cela est illustré sur la figure 5 ;
• un angle d'inclinaison β par rapport à la verticale, cette inclinaison correspondant à une rotation du chariot 50 autour de l'axe X, comme cela est illustré sur la figure 6.
Lorsque le châssis est purement vertical, on comprend que les câbles porteurs sont également verticaux, en conséquence de quoi, les angles d'inclinaison a et β sont nuls.
On comprend également que lorsque le châssis dévie de sa trajectoire verticale, les câbles porteurs ont tendance à s'incliner à et à se courber, comme cela est illustré sur les figures 1, 5 et 6, ce qui a pour effet que le chariot s'incline par rapport à la direction verticale. Dans ce cas, au moins l'un des angles a et β est non nul.
Les valeurs des angles d'inclinaison a et β mesurées au point A1 sont notées α' et β'. Aussi, à chaque point de mesure A1, le chariot étant préférentiellement stoppé, on mesure les angles α' et β'. Les angles d'inclinaison α' et β', où i = 1..N mesurés au cours du déplacement du chariot sont, dans cet exemple, stockés dans une mémoire 51 disposée dans le chariot 50.
Le dispositif de localisation comporte en outre un dispositif 84 pour déterminer la longueur I du déplacement du chariot le long du premier câble 30. Cette longueur I correspond à la longueur I du câble de liaison
60 qui est déroulée du tambour 62. Le dispositif 84 permet naturellement de mesurer le déplacement ΔΓ infinitésimal du chariot 50 entre deux points de mesure successifs A1"1 et A1. La valeur du déplacement ΔΙ' pourra être choisie comme étant une valeur constante ΔΙ imposée par le tambour 62. Selon une variante, le déplacement Δ est mesuré par des moyens embarqués dans le chariot.
Dans cet exemple, la vitesse de déplacement du chariot est contrôlée. A cet effet, on choisira une vitesse de remontée et/ou descente constante, comprise entre 1 et 10 m/s. Dans la variante illustrée, le dispositif de localisation comporte en outre un dispositif 86 de mesure de l'angle de rotation Θ' du chariot 50 dans un plan sensiblement orthogonal perpendiculaire au câble, par rapport à une position angulaire de référence Θ0. Dans cet exemple, on mesure l'angle de rotation Θ dans un plan horizontal. En raison de la présence du bras 56, l'angle de rotation Θ correspond à l'angle de vrillage des câbles par rapport à une droite passant par les points de référence A0 et B°. L'angle de rotation Θ' sera préférentiellement mesuré à chaque point de mesure A1, et notamment en position finale AN afin de donner une estimation de la rotation de la partie supérieure du châssis par rapport à la droite de référence passant par les positions de référence A0 et B°. Les angles de rotation Θ' sont stockés dans la mémoire SI du chariot.
En se référant maintenant aux figures 8 et 9, on comprend que les valeurs α' et β', Θ' et Δ permettent de déterminer les déplacements infinitésimaux ΔΧΑ' et ΔΥΑ' selon les axes X et Y, par calcul trigonométrique. Ces déplacements ΔΧΑ' et ΔΥΑ' sont également représentés sur les figures 7A à 7D qui illustrent, en coupe horizontale, quelques points de mesure A1, A1 et AN du chariot 50 auxquelles sont réalisées les mesures de position spatiale du chariot.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la machine d'excavation comporte en outre un dispositif 90 pour déterminer la position du châssis 12 à partir des données de mesure, à savoir les valeurs α' ,β' et Θ' prises par les premier et deuxième dispositifs de mesure d'inclinaison 80,82 du dispositif de localisation, et par le dispositif 86 de mesure du vrillage des câbles au cours du déplacement du chariot le long du premier câble 30.
Dans cet exemple, ce dispositif 90 comporte des moyens de traitement mathématiques permettant de calculer les déplacements précités ΔΧΑ' et ΔΥΑ' puis, par un calcul intégral, de déterminer les valeurs de déplacement ΔΧΑ et ΔΥΑ selon les axes X et Y du point A par rapport à la position fixe de référence A0.
La position du châssis 12, et plus particulièrement celle de sa partie supérieure 14, est déterminée à partir des valeurs de déplacement ΔΧΑ et ΔΥΑ, et de la profondeur du point A qui peut être déterminée par exemple à partir de la longueur déroulée du premier câble 30 ou à l'aide d'un autre type de profondimètre fixé au châssis. La valeur du nombre de points de mesures N sera choisie de manière suffisamment grande pour fournir un résultat précis, étant entendu que la valeur N pourra dépendre de la profondeur atteinte par le châssis. A titre d'exemples non limitatifs, on choisira N de manière à réaliser une mesure tous les 0.20 m, 0.5 m, 1 m ou 2 m de câble.
Pour ce faire, de préférence, la prise de mesure est réalisée à intervalles de temps fixe, le chariot étant déplacé à vitesse constante.
Pour améliorer la précision des mesures, on pourra augmenter le nombre de points de mesures N en réalisant des mesures lors de la descente et lors de la remontée du chariot. On pourra encore mettre en œuvre ces étapes en faisant coulisser le chariot 50 le long des autres câbles, afin de déterminer la position des points B, C et D.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la machine d'excavation comporte en outre un dispositif 92 pour déterminer la position du dispositif de coupe 18 dans le sol, à partir de la position du châssis, et plus particulièrement à partir de la position de la partie supérieure du châssis 12. La position du dispositif de coupe 18 est également déterminée à partir de la longueur (ou hauteur) L du châssis et de son inclinaison par rapport à la verticale.
L'inclinaison du châssis 12 est mesurée à l'aide d'un inclinomètre
100 disposé dans le châssis 12 qui mesure un premier angle d'inclinaison Y par rapport à la verticale, illustré sur la figure 5, et un second angle d'inclinaison δ par rapport à la verticale, illustré sur la figure 6. Les premier et second angles d'inclinaison sont mesurés dans deux plans verticaux orthogonaux l'un à l'autre.
La position relative du dispositif de coupe 18 par rapport aux points A, B, C et D étant connue, la connaissance de la position des points A,B,C et D et de l'inclinaison du châssis permet de calculer par exemple la position d'un point médian W situé entre les zones d'attaques de tambours rotatifs.
Pour améliorer la précision de la mesure, on tient également compte de la rotation Θ de la partie supérieure du châssis 12.
Sur la figure 11, on a représenté de manière schématique le traitement mathématique des informations délivrées par les différents dispositifs de mesure précités et permettant de calculer la position du point médian W du dispositif de coupe. Le dispositif 90 pour déterminer la position du châssis 12 reçoit les valeurs α' et β', Θ' mesurées au cours du déplacement du chariot par les inclinomètres disposés dans le chariot et ΔΙ', mesurée par le dispositif 84 pour déterminer la longueur du déplacement du chariot le long du premier câble 30. Le dispositif 90 calcule les coordonnées des points A, B, C et D. Le dispositif 92 pour déterminer la position du dispositif de coupe reçoit quant à lui les coordonnées d'au moins le point de fixation A, et les valeurs des premier et second angles d'inclinaison du châssis γ et δ fournis par l'inclinomètre 100 solidaire du châssis. Le dispositif 92 fournit alors les coordonnées du point médian W.
Au cours du forage, plusieurs étapes de déplacement du chariot sont réalisées, à différentes profondeurs du châssis 12, et ce afin de déterminer une pluralité de positions du châssis et du dispositif de coupe, ce qui permet d'obtenir la trajectoire réelle du châssis, et du dispositif de coupe, dans le sol S.
La comparaison de la trajectoire réelle avec la trajectoire prédéterminée (souhaitée) du châssis, permet de déterminer l'écart ou la déviation de trajectoire du châssis. Cet écart est minimisé au cours du forage grâce à l'actionnement de moyens de correction de trajectoire, par exemple des patins hydrauliques 110 disposés sur les faces du châssis. Ces patins 110, en prenant appui contre les bords de la tranchée, permettent de modifier l'inclinaison du châssis, et donc sa trajectoire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine d'excavation (10) comportant :
• un châssis suspendu (12) comportant une extrémité supérieure (14) et une extrémité inférieure (16) ;
• au moins un câble (30, 32, 34, 36) s'étendant au-dessus du châssis, ledit câble étant sous tension et ayant une extrémité inférieure (30a, 32a, 34a, 36a) fixée à l'extrémité supérieure du châssis ;
· un dispositif de coupe (18) disposé à l'extrémité inférieure du châssis ;
caractérisée en ce qu'elle comporte en outre :
• un chariot (50) qui est monté coulissant le long du câble ;
• un dispositif (60, 62) pour déplacer le chariot le long du câble ; et
• un dispositif de localisation (80, 82, 84, 86) pour déterminer la position spatiale du chariot.
2. Machine d'excavation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif de guidage (56) pour empêcher que le chariot ne pivote sur lui-même autour du câble (30) pendant son déplacement le long dudit câble.
3. Machine d'excavation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le châssis (12) est fixé à l'extrémité inférieure d'un premier câble (30) et à l'extrémité inférieure d'un deuxième câble, en ce que le chariot est monté coulissant le long du premier câble, et en ce que le dispositif de guidage comporte au moins un bras (56) solidaire du chariot et coopérant avec au moins le deuxième câble (32).
4. Machine d'excavation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le bras comporte une extrémité distale (56a) qui coopère avec deuxième câble.
5. Machine d'excavation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une conduite d'évacuation (13) des déblais qui s'étend au-dessus du châssis, et en ce que le bras (56) est incurvé de manière à être décalé par rapport à la conduite d'évacuation (13).
6. Machine d'excavation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif de localisation comporte au moins un dispositif de mesure d'inclinaison (80, 82) disposé dans le chariot.
7. Machine d'excavation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de localisation comporte des premier (80) et deuxième (82) dispositifs de mesure d'inclinaison, disposés dans le chariot, agencés pour effectuer des mesures d'inclinaisons (α', β') dans deux plans verticaux perpendiculaires l'un à l'autre.
8. Machine d'excavation selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le dispositif de localisation comporte en outre un dispositif (86) de mesure de l'angle de rotation (Θ') du chariot dans un plan sensiblement perpendiculaire au câble.
9. Machine d'excavation selon l'une quelconque des revendications 1 à
8, caractérisée en ce que le chariot est muni d'une mémoire (51) pour stocker les données mesurées par le dispositif de localisation au cours du déplacement du chariot.
10. Machine d'excavation selon l'une quelconque des revendications 1 à
9, caractérisée en ce que le dispositif de localisation comporte en outre un dispositif (84) pour déterminer la longueur (I) du déplacement du chariot le long dudit câble.
11. Machine d'excavation selon l'une quelconque des revendications 1 à
10, caractérisée en ce que les moyens pour déplacer le chariot (60, 62) comportent un câble de liaison (62) fixé au chariot.
12. Machine d'excavation selon l'une quelconque des revendications 1 à
11, caractérisée en ce que les moyens pour déplacer le chariot (60, 62) sont configurés de telle sorte que la vitesse de descente et/ou de montée du chariot le long du câble est contrôlée.
13. Machine d'excavation selon l'une quelconque des revendications 1 à
12, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif (90) pour déterminer la position du châssis à partir des données de mesure prises par le dispositif de localisation au cours du déplacement du chariot le long du câble.
14. Machine d'excavation selon la revendication 13, caractérisée en ce que le châssis comporte un inclinomètre (100) permettant de déterminer l'inclinaison du châssis par rapport à la verticale , et en ce que la machine comporte en outre un dispositif (92) pour déterminer la position du dispositif de coupe à partir de la position, de la longueur et de l'inclinaison du châssis.
15. Machine d'excavation selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de guidage (70) disposés en surface pour maintenir immobile dans un plan horizontal (Q) la zone du câble disposée dans ledit plan au fur et à mesure de la descente du châssis, lesdits moyens de guidage définissant, au moins aux instants de mesure, au moins une position fixe de référence (A0, B°, C , D°) en relation spatiale avec l'extrémité inférieure du câble lorsqu'elle est dans le plan horizontal.
16. Procédé de forage dans un sol, dans lequel : · on fournit une machine d'excavation selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 ;
• on réalise une étape de forage en faisant pénétrer le châssis dans le sol ;
• on réalise une étape de déplacement du chariot le long du câble au cours de laquelle on mesure, en différents points de mesure, la position spatiale du chariot ; et • on détermine la position du châssis dans le sol à partir des mesures de positions spatiales du chariot.
17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel le chariot est immobilisé à chaque point de mesure.
18. Procédé selon la revendication 16 ou 17, dans lequel on mesure l'inclinaison du châssis et on détermine la position du dispositif de coupe dans le sol à partir de la position du châssis et la mesure de l'inclinaison du châssis.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, dans lequel, on immobilise le câble avant de réaliser l'étape de déplacement du chariot, et dans lequel on réalise plusieurs étapes de déplacement du chariot au cours de l'étape de forage, de manière à déterminer plusieurs positions du châssis dans le sol et d'obtenir la trajectoire réelle du châssis dans le sol.
20. Procédé de forage selon la revendication 19, dans lequel on compare la trajectoire réelle avec une trajectoire prédéterminée du châssis dans le sol, et on corrige le positionnement du châssis au cours de l'étape de forage afin de minimiser l'écart entre la trajectoire réelle et la trajectoire prédéterminée.
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